局部放電檢測儀對開關(guān)柜局部放電原因檢測與處理

從事電力行業(yè)的朋友都知道，變電所內(nèi)一定會有的一種裝置，那就是電流互感器。變電所內(nèi)為什么要有電流互感器：

我們變電所內(nèi)的二次設(shè)備(如繼電保護測試儀、自動裝置、測量儀表等)需要對一次系統(tǒng)的電流測量與控制。但是電力系統(tǒng)一次電壓很高，電流也很大，且運行的額定參數(shù)千差萬別。有了電流互感器就可以對一次系統(tǒng)的大電流進行隔離，從而能準確安全地獲取電氣一次電流信息。

對電流互感器的要求。

一、電流互感器的一次額定電壓應(yīng)與所用電網(wǎng)的額定電壓等級相同，其絕緣水平應(yīng)能承受長期運行及可能出現(xiàn)的短時過電壓。

二、變換精度高，應(yīng)能滿足測量精度，確保繼電保護動作可靠。

三、變比適當，其變比應(yīng)能保證系統(tǒng)在額定工況下測量儀表、繼電保護及自動裝置的測量精度要求及工作在線性區(qū)。

四、容量足夠大，應(yīng)滿足正常及電力系統(tǒng)短路故障時，繼電保護及自動裝置的測量精度要求。

五、滿足熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定的要求，飽和倍數(shù)足夠大。

繼電保護測試儀

TP-60A微機繼電保護測試儀

電流互感器的構(gòu)成及工作特點：

電流互感器的作用是將電力系統(tǒng)的一次大電流變換成與其成正比的二次小電流，然后輸入到測量儀表、繼電保護及自動裝置中。其構(gòu)成及工作特點如下：

1、一次匝數(shù)少，二次匝數(shù)多

用于電力系統(tǒng)中的電流互感器，其一次繞組通常是一次設(shè)備的進、出導線，只有1匝或2匝;其二次匝數(shù)卻很多。如：變比為1250/1的電流互感器，其一次為1匝，二次匝數(shù)有1250匝。

2、鐵芯中工作磁密很低，系統(tǒng)故障時磁密大

正常運行時，電流互感器鐵芯中工作磁密很低，其一次與二次保持安匝平衡。當系統(tǒng)故障時，由于故障電流很大，二次電壓很高，勵磁電流增大，鐵芯中磁密急劇升高，甚至使鐵芯飽和。

電流互感器的構(gòu)成及工作特點：

3、高內(nèi)阻，電流源

正常工況下，鐵芯中的磁密很低，勵磁阻抗很大，而二次匝數(shù)很多。從二次側(cè)看進去，其阻抗很大。負載阻抗與電流互感器的內(nèi)阻相比，可以忽略不計，故負載阻抗的變化對二次電流的影響不大，可稱之為電流源。

4、需要二次負載小(相對電壓互感器)

電流互感器的二次負責如果很大，運行時其二次電壓很高，勵磁電流必然增大，從而使電流變換的誤差增大。特別是在系統(tǒng)故障時，電流互感器一次電流可能達額定電流的數(shù)十倍，致使鐵芯飽和，電流變換誤差很大，不滿足繼電保護的要求，甚至使保護誤動。

5、二次回路不得開路

電流互感器的二次回路不得開路。如果在運行中二次回路開路，二次電流消失，去磁作用也隨之消失，鐵芯中的磁密很高;又由于二次匝數(shù)特多，二次電壓會很高，有時可達數(shù)千伏，危及二次設(shè)備及人身安全。

電流互感器的極性

為什么電流互感器一、二次要標出極性：

因為電力系統(tǒng)負荷方向的存在，二次設(shè)備用的二次電流必須和一次潮流相對應(yīng)，故需要一、二次標出極性。任何一側(cè)的引出端子出錯，都會使二次電流相位變化180度，影響二次設(shè)備的正常工作。

電流互感器的極性一般采用減極性的標注方法：

電流互感器一、二次側(cè)一般都標有“*”或腳注(如1作頭，2作尾等)。

所謂“減極性”

一、二次側(cè)引出端子上同一符號或同名腳注為同極性端子。采用的是減極性標注：當一次繞組從標1的端子通入交流電流時，在二次繞組回路中感應(yīng)的電流應(yīng)從標1端流出。從兩側(cè)同極性端觀察時，一、二次側(cè)電流的方向相反。

電流互感器的誤差

在具有鐵芯的電流互感器中，由于勵磁電流IM的存在(呈感性)，電流互感器二次電流I2與一次實際電流I1幅值不同，相位也不同。

所以反映電流互感器測量誤差的由變比誤差和相位誤差構(gòu)成。設(shè)變比為Y。

變比誤差=100%*(I1–I2*Y)/I1

一般我們要求變比誤差不大于10%，相位誤差不大于7度

電流互感器10%誤差的校核

其方法主要是計算出在大短路電流時二次回路的大允許阻抗ZMAX，與該二次回路的實際阻抗ZL(二次負載)進行比較，該實際阻抗必須小于大允許阻抗，即ZL小于等于ZMAX。

電流互感器的負載阻抗

電流互感器實際負載阻抗的測量

電流互感器二次回路的負載阻抗一般通過實際測量后得出。

負載阻抗測量注意事項

1、測量電流二次回路負載阻抗時，必須包括連接電纜與所有可能接入的負載。

2、必須使用50HZ的交流試驗電源。

3、在無法判定哪一相或哪一種接線二次負載大時，應(yīng)測量所有方式下的二次負載，取其中大值。

電流互感器的準確度

1、測量、計量用的電流互感器繞組

為了保證計量、測量的準確性，保證保護裝置動作可靠、正確，電流互感器必須達到一定的準確度。

在國標GB1208-1997中，規(guī)定測量用的電流互感器的準確度等級分為0.1、0.2、0.5、1、3、5等六個標準，這是一個相對誤差標準。

1.0-1的四個標準其二次負荷應(yīng)在額定負荷的25%-100%之間，3、5兩個標準其二次負荷應(yīng)在額定負荷的50%-100%之間，否則準確度不能滿足要求。

由于現(xiàn)實應(yīng)用當中，負荷范圍比較廣，有時候?qū)蚀_度要求較高。

我們會采用經(jīng)補償?shù)?.2S和0.5S電流互感器，該電流互感器在1%-120%額定負荷間均能滿足準確度要求。

開關(guān)柜運行過程中，絕緣材料會受到高溫、高壓、油污、化學物質(zhì)、振動等各方面的作用，絕緣性能不斷惡化，加快了局部放電的速度，反過來局部放電又對絕緣的惡化起到推動作用。因此使用局部放電檢測儀檢測開關(guān)柜的局部放電可以有效預(yù)防故障。

在開關(guān)柜絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場強度存在差異，某個區(qū)域的電場強度一旦達到其擊穿場強時，該區(qū)域就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，不過施加電壓的兩個導體之間并未貫穿整個放電過程，即放電未擊穿絕緣系統(tǒng)，這種現(xiàn)象即為局部放電。絕緣介質(zhì)中電場分布、絕緣的電氣物理性能等決定了發(fā)生局部放電的條件，一般情況下高電場強度、低電氣強度的條件下容易出現(xiàn)局部放電。雖然局部放電通常不會貫通性的擊穿絕緣，但是卻可能局部損壞電介質(zhì)，如果長期存在局部放電的現(xiàn)象，則基于特定的條件下會降低絕緣介質(zhì)的電氣強度。由此可見，局部放電屬于電氣設(shè)備中的隱患，其破壞過程體現(xiàn)出緩慢性、長期性的特點。通常局部放電的特性可以較好的印證絕緣缺陷，可以通過局部放電的特性來分析絕緣的局部損壞程度。很大程度上對各種局部放電特性進行綜合測量，可以對產(chǎn)品的絕緣水平進行客觀的評價。

2局部放電的種類特點

2.1電暈放電

通常在氣體包圍的高壓導體周圍會出現(xiàn)電暈放電，比如高壓輸電線路或者高壓變壓器等，這些高壓電氣設(shè)備的高壓接線端子暴露在空氣中，因此發(fā)生電暈放電的機率相對較大。電暈放電體現(xiàn)出的是典型的、極不均勻電場的特征，也是極不均勻電場下*的自持放電

形式。很多外界因素均會對電暈起始電壓產(chǎn)生影響，比如電極的形狀、外加電壓、氣體密度、極間距離以及空的濕度與流動速度等等。

2.2沿面放電

通常在絕緣介質(zhì)表面會出現(xiàn)沿面放電的現(xiàn)象。這種局部放電的形式屬于特殊的氣體放電現(xiàn)象，電力電纜、電機繞組、絕緣套管的端部等位置比較常見沿面放電。一旦介質(zhì)內(nèi)部電場的強度低于電極邊緣氣隙的電場強度，而且介質(zhì)沿面擊穿電壓相對較低，沿面放電就會發(fā)生在絕緣介質(zhì)的表面。通常電壓波形、電場的分布、空氣質(zhì)量、介質(zhì)的表面狀態(tài)、氣候條件等均會對沿面放電電壓產(chǎn)生影響，所以沿面放電體現(xiàn)出不穩(wěn)定的特點。

2-3內(nèi)部放電

固體絕緣介質(zhì)內(nèi)部比較常見內(nèi)部放電。在生產(chǎn)加工絕緣介質(zhì)時難免存在材料與工藝缺陷的問題，導致絕緣介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，比如摻人少量的空氣或者雜質(zhì)等。一旦絕緣受到高壓作用，內(nèi)部缺陷就有發(fā)生局部擊穿或者重復(fù)性擊穿的可能。通常介質(zhì)自身的特性、氣隙大小、缺陷的位置與形狀、氣隙氣體的種類等會對內(nèi)部放電的發(fā)生條件產(chǎn)生影響。

2.4懸浮電位放電

這種局部放電的形式是指高壓設(shè)備中某個導體部件存在結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，或者其它原因?qū)е陆佑|不良斷開，終造成該部件位于高壓電極與低壓電極之間并根據(jù)其位置的阻抗比獲得分壓發(fā)生放電，針對該導體部件上對地電位稱其為懸浮電位。導體具有懸浮電位時，通常其附近的場強會比較集中，而且會破壞四周絕緣介質(zhì)的形成。一般在電氣設(shè)備內(nèi)高電位的金屬部件或者處于地電位的金屬部件上容易發(fā)生懸浮電位放電。

局部放電檢測儀

3開關(guān)柜局部放電檢測方法

針對開關(guān)柜而言，其局部放電檢測方法包括以下幾種：

3.1地電波檢測

在高壓開關(guān)柜絕緣層中發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生電磁波，而開關(guān)柜的金屬外殼會將這種電磁波屏蔽掉一大部分，不過仍有小部分會通過金屬殼體的接縫或者氣體絕緣開關(guān)襯墊傳播出去，而且還會產(chǎn)生一個地電波通過設(shè)備金屬殼體外表面?zhèn)飨虻叵隆５仉姴ǖ姆秶ǔＴ趲缀练敝翈追虚g，而且上升時間內(nèi)有幾個納秒。可以將探頭設(shè)置于工作狀態(tài)中的開關(guān)柜的外表面，對局部放電活動進行檢測。

3.2超聲波檢測

其實超聲波檢測屬于機械振動波的一種，基于能量的角度而言，局部放電的過程即為能量瞬時爆發(fā)的過程，電能通過聲能、光能、熱能以及電磁能的形式釋放出去，電氣擊穿發(fā)生在空氣間隙，瞬間就可以完成放電，此時電能也會在一瞬間轉(zhuǎn)化為熱能，放電中心的氣體受到熱能的作用會發(fā)生膨脹，通過聲波向外傳播，傳播區(qū)域內(nèi)氣體被加熱后形成一個等溫區(qū)，其溫度超出環(huán)境溫度;等到這些氣體冷卻后開始收縮，則會產(chǎn)生后續(xù)波，后續(xù)波的頻率以及強度均比較低，包含各種頻率分量，有很寬的頻帶，超聲波的頻率大于20kHz。因為局部放電的區(qū)域相對較小，所以局放聲源即為點聲源。

3-3超高頻檢測法

時間變化過程中，局部放電所產(chǎn)生的電磁振動會產(chǎn)生電磁波，在固氣與氣體介質(zhì)中，局部放電脈沖會發(fā)生非常豐富的電磁波超高頻分量，高可達數(shù)GHz。實際應(yīng)用過程中，局放信號的檢測可以利用兩個探頭來進行，將探頭檢測到信號的時間順序作為判斷依據(jù)，放電源的距離較近，就會被先檢測到;探頭位置不斷變化，可以將放電源的大致位置逐步判斷出來?；蛘咄ㄟ^多個探頭，將探頭檢測局放信號的時間差列方程組，可以求出放電源的三維空間坐標，終確定放電源。該方法的靈敏度相對較高，且具備較強的抗干擾能力，而且開關(guān)柜上通常有接縫或者小玻璃窗，可以不用考慮該方法在*密封條件下很難檢測的要求。

3.4綜合檢測技術(shù)

其實無論哪種檢測方法均有一定的局限性，無法將開關(guān)柜的運行狀態(tài)客觀、全面、真實的反映出來，還會出現(xiàn)誤判的可能。由于放電類型能量的釋放形式不同、各種檢測方法的實用性與靈敏度也存在差異，所以在對開關(guān)柜局部放電檢測過程中，要將上述檢測手段綜合應(yīng)用，以地電波檢測為主、超聲波檢測及超高頻檢測為輔來進行。

4局部放電分析技術(shù)

具體而言，常用的局部放電分析技術(shù)包括以下幾種：，橫向分析法，即對同個開關(guān)室中開關(guān)柜的檢測結(jié)果做出橫向比較，如果其中一個開關(guān)柜的檢測結(jié)果大于現(xiàn)場背景值以及其它開關(guān)柜的測試結(jié)果，則可以確定該設(shè)備可能存在缺陷;第二，趨勢分析法，分析同一個開關(guān)柜在不同時間的檢測結(jié)果，進行縱向比較判斷開關(guān)柜的運行趨勢。根據(jù)特定的周期檢測開關(guān)室中的開關(guān)柜，保留每次的檢測結(jié)果，后續(xù)就可以根據(jù)檢測結(jié)果對設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢進行分析;第三，閾值比較，即提供判斷閾值，將其與開關(guān)柜的檢測結(jié)果做出比較，分析結(jié)果判斷開關(guān)柜的運行狀態(tài)。可以根據(jù)以下根據(jù)做出判斷：開關(guān)室內(nèi)背景值與測試值都在20dB以下時，開關(guān)設(shè)備正常，下月再次進行巡檢;開關(guān)室內(nèi)背景值在20dB以下，而某些開關(guān)柜的測試值在20～30dB，對該開關(guān)柜加強關(guān)注，縮短檢測周期，觀察檢測幅值的變化趨勢;;如果開關(guān)室內(nèi)背景值在20dB以下，而某些開關(guān)柜的測試值大于30dB，該開關(guān)柜有局部放電現(xiàn)象，應(yīng)使用定位技術(shù)對放電點進行定位。

總之，局部放電體現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，通常在絕緣內(nèi)部擊穿場強相對較低的部位容易發(fā)生局部放電，而且絕緣介質(zhì)內(nèi)部的電場分布、絕緣的電氣性能均對發(fā)生局部放電的條件起著決定性作用。而在局部放電檢測儀實際檢測過程中，要選擇合理、適用的檢測方法與分析方法，及時排除故障，保證開關(guān)柜處于良好的運行狀態(tài)。

2、保護用的電流互感器繞組

保護用的電流互感器的準確度要求一般沒有測量的高，但其不僅要求在額定一次電流誤差不超過規(guī)定值，由于其要求在故障電流大時有較好的傳變特性，所以在一定短路電流倍數(shù)下誤差不超過規(guī)定值：

P類：要求在給定的短路電流下復(fù)合誤差不超過規(guī)定值。一般用aPb的形式表示誤差等級。如5P10,其含義是在10倍互感器額定電流下的短路電流時，其誤差不超過5%。a：是準確度等級。b:保證準確度的允許大短路電流倍數(shù)。

TP類：這類保護用電流互感器要求在規(guī)定工作環(huán)境的暫態(tài)條件下保證規(guī)定的準確度;如TPY級在鐵芯中設(shè)置了一定的非磁性間隙，其相對非磁性間隙長度(實際非磁性間隙長度與鐵芯磁路長度的比值長度)大于0.1%。從而限制了剩磁，TPY級適用于帶重合閘的線路保護，單不宜用于斷路器保護。